Tesi di LAUREA Titolo Realizzazione e caratterizzazione di celle di memoria basate su semiconduttori organici Data 2009-09-22 Autore/i Finotto, Matteo Relatore Natali, D. Full text non disponibile Abstract Oggetto di questa tesi, svolta presso il Dipartimento di Elettronica e Informazione (DEI) del Politecnico di Milano, è lo studio del meccanismo che sta alla base dei fenomeni di bistabilità elettrica di celle di memoria realizzate con piccole molecole organiche, al fine di valutarne un possibile utilizzo come alternative agli odierni dispositivi di memoria basati sul silicio. Sulle memorie sono infatti concentrate ingenti risorse economiche ed intellettuali, tese ad incrementarne le prestazioni in termini di consumo di potenza, velocità di lettura e programmazione, densità di immagazzinamento dell’informazione e quindi costo. Per raggiungere questi scopi, la tendenza attuale è quella di utilizzare la tecnologia al momento più sviluppata, quella delle memorie Flash, e di ridurre le dimensioni delle singole celle, ottenendo vantaggi in termini di densità dell’immagazzinamento dell’informazione e quindi di costo. Ad ostacolare questa tendenza ci sono alcuni limiti fisici, quali la necessità di avere un adeguato spessore dell’ossido di gate per limitare le correnti di leakage, che renderanno molto dicoltoso, in futuro, proseguire su questa strada. Inoltre lo scaling della tecnologia Flash non migliora le sue prestazioni in termini di velocità e consumo di potenza, sono pertanto allo studio dispositivi di memoria ad essa alternativi, che sfruttano meccanismi completamente dierenti. In quest’ottica sono stati realizzati prototipi di memorie che sfruttano eetti ferroelettrici (FeRam), magnetoresistivi (MRAM) e di variazione della resistività al cambiare della fase (PCM). Anche le molecole organiche hanno dimostrato di essere una tecnologia promettente per la memorizzazione delle informazioni. Questo tipo di memorie ha infatti il vantaggio di avere limiti allo scaling dettati, in ultima analisi, dalla dimensione delle molecole utilizzate, che sono dell’ordine del nanometro. A questo si aggiungono un’elevata versatilità dei dispositivi, derivante dalla possibilità di ottimizzarne le prestazioni modificando per via chimica le proprietà dei materiali attivi e un costo di realizzazione potenzialmente molto contenuto, derivante dalla possibilità di realizzare dispositivi con tecniche di deposizione a bassa temperatura. Gran parte delle memorie finora realizzate con materiali organici si basano su una bistabilità resistiva: le celle realizzate con questi materiali possono essere portate reversibilmente in due o più stati a diversa resistività, grazie ad opportuni impulsi di tensione. Inoltre queste permangono nello stato programmato anche dopo che la polarizzazione è stata tolta. Associando uno stato logico ad ogni possibile valore di conducibilità, è possibile ottenere un dispositivo di memorizzazione. L’obiettivo di questa tesi è stato lo studio dei meccanismi che portano allo switching in dispositivi di memoria basati su molecole organiche appartenenti alla famiglia dei difenil-bitiofeni (DPBT), sintetizzate presso il Dipartimento di Chimica Giulio Natta. Per capire le cause che detrminano questo switching sono state seguite due strade di analisi: una volta a valutare le condizioni ambientali che influiscono sul funzionamento, l’altra è invece basata a vedere quali sono le caratteristiche della molecola che permettono il passaggio da uno stato a bassa conducibilità a uno a alta e viceversa. Il primo capitolo presenta una panoramica sulle memorie Flash, sui loro limiti e sulle alternative che sono state proposte per superarli, in particolare è analizzata in dettaglio la letteratura scientifica sui dispositivi di memoria organica, con i meccanismi proposti per il loro funzionamento. Nel secondo capitolo viene descritto il metodo per la realizzazione dei dispositivi di memoria con struttra Al/DPBT/ITO e le misure che vengono effettuate sui chip che si ottengono. Nel capitolo 3 si studia il comportamento dei dispositivi, realizzati tutti con la stessa molecola, variando le condizioni ambientali di deposizione e misura, mentre nel capitolo 4 si confronta il comportamento di varie molecole mantenendo costanti le condizioni di realizzazione e misura. Nell’ultimo capitolo vengono riassunti i principali risultati ottenuti.